用于制备多硅烷的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通过在氢气存在下在等离子体中将甲硅烷转化用于制备多硅烷的方法和涉及用于进行所述方法的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于制备多硅烷的方法和装置 本专利技术涉及通过在氢气存在下在等离子体中将甲硅烷转化用于制备多硅烷的方 法和涉及用于进行此方法的设备。 在微电子学中，乙硅烷用于硅层沉积，且这必须满足超高纯度需求。然而，迄今为 止仅知的方法使用催化剂。例如，JP02-184513公开了使用具有有机磷、砷或锑配体的基 于铂、铑或钌配合物催化剂的有机金属催化剂用于制备乙硅烷的方法。这些催化剂造成制 备的乙硅烷PPb范围的污染和其回收处理被认为日益危急。 WO2008/098640A2公开了用于制备六氯乙硅烷的方法，其在第二方法步骤中可 以被催化氢化为乙硅烷。此两步法不适合用于高纯度乙硅烷的便宜制备。 DE36 39 202公开了用于制备乙硅烷的另一种方法，其具有在乙硅烷制备过程中 形成非常大量的元素硅的缺点。在此方法中所述反应器仅仅可以间歇式操作且在非常短的 生产时间后就必须以昂贵繁冗的方式进行清洁。进一步的缺点在于首先通过硅沉积和次之 由于从反应产物除去氢气的气提效应通过乙硅烷或丙硅烷损失产生的高的收率损失。在经 由六氯乙硅烷合成的情况下可以避免这些收率损失，但是所述催化氢化反而导致所述乙硅 烷和丙硅烷污染。 本专利技术的目的在于提供一种方法和设备，其避免了所提及的现有技术的所述缺点 和优选地允许连续制备多硅烷。此外，可以以高至超高纯度分离甚至为混合物的多硅烷。优 选地，多硅烷的分离仅仅用于增加纯的多硅烷含量的目的并不为了初步的纯化目的。另外 的目的是提供特别经济可行的工业规模的方法。 这些目的通过按照权利要求1和14的特征的根据本专利技术的方法和根据本专利技术的 设备得以实现。 已经发现，令人惊讶地，对于多硅烷的选择性制备，可以使用在氢气存在下在非热 等离子体中在40°C以下的温度和优选减压下对在气体混合物中具有确定的甲硅烷分压的 含甲硅烷的反应物料流进行气相处理。 因此，本专利技术提供一种制备具有至少两个通过共价单键相互结合的硅原子 (Si-Si)的多硅烷的方法，所述多硅烷特别是选自乙硅烷、丙硅烷、丁硅烷、戊硅烷、己硅烷、 庚硅烷、辛硅烷、壬硅烷、癸硅烷、十一硅烷、十二硅烷和/或其结构异构体的线性的、支化 的和/或环状的多硅烷的混合物，优选如下通式II、III、IV和/或V的多硅烷，其中： i) 使包含通式I的甲硅烷和氢气的反应物料流，尤其是在气体混合物中的反应物料 流，ii) 经历至少一次气体放电，优选2-10次非热等离子体，优选在0.05mbar绝对-15 000 mbar之间的压力下，更优选在减压下，和 iii) 在所得相中设定确定的氢气分压与所选择的条件下为气态的硅烷的分压的比 例，并且同样在步骤iii)中从所得相中获得多硅烷，尤其是多硅烷混合物，优选地具有 2-25个硅原子、更优选4-25个硅原子的线性的、支化的和/或环状的多硅烷，例如丁硅烷、 戊硅烷、己硅烷、庚硅烷、辛硅烷、壬硅烷、癸硅烷、十一硅烷、十二硅烷和/或其结构异构 体，其中特别优选的是在步骤iii)中，首先获得多硅烷且然后在所得相中设定确定的氢气 分压与在所选择的条件下为气态的硅烷尤其是甲硅烷和任选的乙硅烷的分压的比例，和接 着iv)分离多硅烷混合物，更特别是通过蒸馏、分级冷凝和/或通过色谱法进行分离。更优 选地，借助于分馏在多塔系统中将多硅烷混合物分离成单个多硅烷。在本专利技术上下文中，术 语"硅烷"既包括甲硅烷又包括多硅烷，而"多硅烷"认为是仅仅指具有至少两个硅原子、优 选具有至少四个硅原子的硅烷。 根据本专利技术，所述分压的设定通过氢气可透性膜完成，其优选仅仅对氢气为可透 性的和对硅烷基本上是不透性的。或者，在步骤iii)中，当在所得相中同时得到多硅烷和 设定了确定的氢气分压与在所选择的条件下为气态的硅烷的分压的比例的时候，其同样是 尤其优选的。 术语"多硅烷"涵盖根据IUPAC命名法的同系列的纯粹地氢取代的硅烷，它们作为 本专利技术的多硅烷具有至少两个相互共价结合的硅原子（Si-Si)。多硅烷具有仅仅被氢原子 取代的硅基本主链并包括线性的、支化的和/或环状的多硅烷，例如正多硅烷、异多硅烷、 新多硅烷和/或环多硅烷。线性和支化的多硅烷可通过通式IISinCl2n+2描述，其中n大于 或等于2 ;环状多硅烷可以通过通式IIISinCl2n描述，其中n大于等于3。在理想方式中，高 分子量多硅烷可以通过通式IVSinCl2n描述，其中n大于等于3,或通过具有进一步减少的 氢份量的式V描述（(SiH<2)n)。根据本专利技术的多硅烷理解为是指通式II、III、IV和/或V的 单个的多硅烷和多硅烷混合物，其中n大于或等于2-100,尤其是其中n大于或等于2-25， 优选其中n为4-25,更优选其中n为4-15,其中多硅烷在工艺条件下优选是液体至高粘稠 性的。因此，根据本专利技术的多硅烷优选包括选自乙硅烷、丙硅烷、丁硅烷、戊硅烷、己硅烷、庚 硅烷、辛硅烷、壬硅烷、癸硅烷、i^一硅烷、十二硅烷、十三硅烷、十四硅烷、十五硅烷、环戊硅 烧、环己硅烷，和各自尚达25,优选n小于或等于25的结构异构体和尚分子量多硅烷的尚至 超高纯度的硅烷的混合物，其中多硅烷至少包含丁硅烷和/或戊硅烷。 根据本专利技术的方法的特别优点在于可以将多硅烷直接进一步加工用于沉积具有 太阳能硅质量或半导体质量的高纯度硅层，而不用额外的纯化步骤。仅仅是借助于蒸馏处 理将多硅烷混合物分离成单个多硅烷，以便确保多硅烷在进一步加工中确定的产品性能。 根据本专利技术，这些多硅烷基本上不含卤素，尤其是基本上不含氯，其氯含量优选低于1x10 5 重量％，更优选低于1x10 6重量％向下到1x10 1(]重量％的检出限。因此，根据本专利技术可获得 的多硅烷不含卤素，如氯。 因此，本专利技术提供了用于制备多硅烷和多硅烷混合物的方法，i)其中在所述气体 混合物中包含通式I的甲硅烷和氢气的反应物料流，ii)在0.Imbar绝对-1000mbar绝对的压 力下，优选在Imbar绝对-950mbar绝对的压力下经历非热等离子体，和iii)在所得相中设定 氢气分压与在所选择的条件下为气态的硅烷的分压尤其是与甲硅烷的分压之比，和得到多 硅烷混合物，其中在方法步骤iii)中的压力相对于方法步骤ii)中的压力升高，和iv)将 多硅烷混合物蒸馏。 使用的所述反应物是高-至超高纯度的甲硅烷和氢气，其优选地各自相应于下面 的杂质性能分布。所述甲硅烷或氢气中的总杂质小于或等于100重量ppm-l重量ppt，尤其 是至检出限，优选小于或等于50重量ppm，进一步优选小于或等于25重量ppm。所述总杂 质包括不是硅的硼、磷和金属元素杂质。更优选地，在每种情况下独立地，对于所述甲硅烷 和氢气来说，总杂质是对于下面所述的元素小于或等于： 错，15重量ppm-0. 0001重量ppt，和/或a?硼，5-0. 0001 重量ppt， 优选地，在3重量ppm-0. 0001重量ppt范围内，和/或b.I丐，2重量ppm-0.0001重量ppt，和/或 c?铁，5 重量ppm-〇. 0001 重量ppt， 优选地，为〇? 6重量ppm-0. 0001重量ppt，和/或d?当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备具有至少两个彼此通过共价单键结合的硅原子的多硅烷的方法，其中i)包含通式I的甲硅烷和氢气的反应物料流(I)ii) 经历至少一次气体放电，和iii) 由所得相获得多硅烷混合物，和在所得相中设定氢气分压与在所选择的条件下为气态的硅烷的分压的比例，和iv) 分离所述多硅烷混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JE朗，H劳莱德，E米，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE